Skalet från arktisk mikroorganism fungerar som tidskapsel

Isbrytaren Oden i Norra ishavet, nära nordöstra Grönland. Foto: Flor Vermassen.

På botten av Norra ishavet samlas tomma skal från döda foraminiferer – mikroskopiska encelliga organismer. Skalen som består av kalciumkarbonat kan liknas vid tidskapslar eftersom de miljoner år gamla fossilerna kan ge värdefull information om klimatförändringarna. Under expeditionen Synoptic Arctic Survey 2021 med isbrytaren Oden handlade ett av projekten om att dokumentera dessa organismer.

– Planktoniska foraminiferer är oerhört värdefulla för att undersöka klimatförändringar eftersom deras tomma skal, som lägger sig på havsbotten som fossiler i tusentals och miljoner år, när de är döda, fungerar som små tidskapslar. Det går att ta reda på tidigare miljö- och klimatförhållanden, som havstemperatur, havsis, havets pH-värde och koldioxid i atmosfären. Forskare har många olika metoder för att komma åt denna information, inklusive kemisk analys, arträkning och mätningar av skalstorlek och tjocklek. De flesta andra plankton har inte ett hårt skal och lämnar inga spår, därför är data från foraminiferer relativt unika, säger Helen Coxall, docent i marin mikropaleontologi vid Stockholms universitet.

Naturliga kontra onormala mönster

Enligt Helen Coxall finns det ett akut behov av att förstå vad som kommer att hända med arktisk havsis, havstemperaturer och Grönlandsglaciärer i vår värmande framtid. För detta måste vi veta vad de naturliga mönstren och drivkrafterna bakom variabilitet är. Endast med denna information kan forskare förklara vad som är "normalt" för klimatet, vad som är onormalt (utanför det normala mönstret) och hur snabbt förändringar kan förväntas inträffa. De geologiska data som finns bevarade i djupa marina sediment hjälper forskare att svara på dessa frågor.

En art för polära förhållanden

Forskarna tog prover på levande foraminiferer som flyter fritt i vattnet samt skal från döda som faller till havsbotten. Ett mål var att analysera de levande foraminiferernas DNA. Alla exemplar som hittills framgångsrikt sekvenserats är av den polära arten Neogloboquadrina pachyderma (N. pachyderma). Forskarna kan dra slutsatsen att även i regioner med vanligtvis tjock havsis året runt, är foraminifererna i centrala Norra ishavet av samma genotyp som de som lever isfritt under sommarmånaderna längre söderut i de nordiska haven och Baffinbukten.

– Såvitt vi vet var den här expeditionen den första som tog prover på levande planktoniska foraminiferer från vattenpelaren intill Nordpolen och över Lomonosovryggen i centrala Norra ishavet. Våra initiala analyser visar att de planktoniska foraminifererna består av N. pachyderma, som ser ut att frodas. N. pachyderma är den enda arten av planktoniska foraminiferer som kan tolerera de extrema polära förhållandena i centrala Ishavet, även om detta kan förändras, med subpolära arter som invaderar när Arktis fortsätter att värmas upp, säger Helen Coxall.

Forskarna fann att arten mest lever på relativt grunda djup under istäcket, på de översta 50 metrarna. Genom att jämföra förekomsten av foraminiferer med miljödata, såsom vattentemperatur, salthalt och näringsämnen, med data från andra forskningsprojekt från expeditionen, kommer det att vara möjligt att ta reda på mer om N. pachydermas biologi och ekologi. Till exempel vad den äter, på vilket djup den tillbringar större delen av sitt liv och var och hur den reproducerar sig.

Två olika färger

Med hjälp av forskaren Allison Hsiang används automatiserad bildanalys för att undersöka foraminiferernas morfologiska egenskaper. Ett mål är att mäta skalstorleken, eftersom detta indikerar foraminiferernas mognad. När det matchas med djupfördelningar hjälper detta forskarna att förstå hur mikroorganismerna rörde sig vertikalt genom vattnet under sin livstid.

– Våra initiala data visar att små individer är koncentrerade till de övre 100 metrarna, medan större individer med tjockare skal är vanligare på djupa nivåer, 200–500 meter. Detta innebär att N. pachyderma i centrala Norra ishavet sjunker till djupare nivåer när den mognar. Vi blev förvånade när vi upptäckte att N. pachyderma förekom som två olika färger, gul eller röd (se bild) men även dessa har samma genotyp. Vi tror att den olikfärgade cytoplasman relaterar till vad foraminifererna åt eller om de var nära att fortplanta sig. Pågående arbete kommer att försöka fastställa de olika dieterna, och hur detta kopplar till mognad, hur djupt foraminifererna levde, och om detta säger oss något om pelagiska näringsvävar i centrala Norra ishavet, säger Helen Coxall.

Lovande fossilprover

När det gäller fossiler av N. pachyderma som undersökts i sedimentkärnor från expeditionen, ser det ut som att dessa har god potential för att rekonstruera klimatförändringar i centrala Ishavet för tusentals år sedan.

– Tidigare klimatregister från foraminiferer kan avslöja det regelbundna mönstret av glacial-interglaciala klimatsvängningar miljontals år tillbaka, extrema växthusklimat för tiotals miljoner år sedan och hur snabbt övergångar mellan klimattillstånd kan ske, säger Helen Coxall.

Om forskningsprojektet

Namn: FORAM

Expedition: Synoptic Arctic Survey 2021 med IB Oden

Forskare:

  • Dr. Helen Coxall, PI, Stockholms universitet (shore-based)
  • Dr. Flor Vermassen Postdoc, Stockholms universitet (shipboard participant)
  • Dr. Clare Bird, Lecturer, University of Stirling (shipboard participant)
  • Dr. Allison Hsiang, VR Research Fellow, Stockholms universitet (shore-based)
  • Tirza Weitkamp, doktorand, Stockholms universitet (shore-based)

Finansiärer:

  • Vetenskapsrådet
  • Bolincentret för klimatforskning, Stockholms universitet
Clare Bird och Flor Vermassen på IB Oden, ett multinät syns i bakgrunden
Clare Bird och Flor Vermassen på IB Oden, ett multinät syns i bakgrunden
I will never forget what we saw when we arrived North of Greenland. This area is supposed to be covered with thick sea-ice and is known as ‘the last ice area’”. But instead of finding the thick sea-ice, we could see only open water stretching all the way to the Greenland coast. This was climate change looking us right in the eye and reminding us why our type of research is important. – Flor Vermassen
Bongonätet placeras ut
Bongonätet placeras ut.
Claire Bird rengör multinätet
Claire Bird rengör multinätet. Foto: Flor Vermassen.
Claire Bird analyserar foraminiferer med ett stereomikroskop
Claire Bird analyserar foraminiferer med ett stereomikroskop.
Planktoniska foraminiferer sett via ett mikroskop
Planktoniska foraminiferer sett via ett mikroskop. Foto: Helen Coxall.
Mikroskopfotografi som visar N. pachyderma med gul och röd cytoplasma
Mikroskopfotografi som visar N. pachyderma med gul och röd cytoplasma. En enskild foraminifera är ungefär 150 mikron, dvs mindre än 0,2 millimeter.

Publiceringsdatum: 30 Aug 2022